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1、单片机抗干扰技术单片机抗干扰技术(0)(0)10.1 工业现场的干扰及对系统性能的影响工业现场的干扰及对系统性能的影响干扰即可能来自于外部，也可能来自于内部。干扰即可能来自于外部，也可能来自于内部。对系统的主要影响对系统的主要影响测量数据误差增大测量数据误差增大影响存储器中存储的数据影响存储器中存储的数据导致控制系统失灵导致控制系统失灵导致控制程序失常导致控制程序失常210.1.1 干扰来源干扰来源一般所说的主要是一般所说的主要是 电气干扰电气干扰广义干扰：广义干扰：热噪声、温度变化、化学反应、振动等都会对系统热噪声、温度变化、化学反应、振动等都会对系统造成影响造成影响干扰可能来自外部干扰可能
2、来自外部外部电磁场、温度、振动源、辐射外部电磁场、温度、振动源、辐射也可能来自内部也可能来自内部内部器件的可靠性、内部电场磁场、温度、内部器件的可靠性、内部电场磁场、温度、振动振动31.内部主要因素内部主要因素（1）元器件本身的性能和可靠性）元器件本身的性能和可靠性 不同种类的元器件，它本身的可靠性不同，例如风扇比电阻、不同种类的元器件，它本身的可靠性不同，例如风扇比电阻、晶体管等可靠性要低得多。晶体管等可靠性要低得多。（2）系统设计）系统设计（3）安装与调试）安装与调试42.外部主要因素外部主要因素（1）外部电气条件外部电气条件（2）外部空间条件）外部空间条件（3）外部机械条件）外部机械条件
3、510.1.2 干扰的作用途径干扰的作用途径1.电磁感应电磁感应磁的耦合磁的耦合2.静电感应静电感应电的耦合电的耦合3.传导耦合传导耦合干扰源与控制系统间存在电的传导通路（有完干扰源与控制系统间存在电的传导通路（有完整的电路）整的电路）4.公共阻抗耦合公共阻抗耦合多个电路的电流经过同一个公共阻抗产生多个电路的电流经过同一个公共阻抗产生的相互影响的相互影响610.1.3 干扰的作用途径干扰的作用途径1.串模干扰串模干扰2.共模干扰共模干扰710.2 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术这是首先要采取的措施。这是首先要采取的措施。是克服前向过程通道最有效的抗干扰措施之一，也是基础。是克服前向过程通道最有效
4、的抗干扰措施之一，也是基础。通常采取的方法：通常采取的方法：使用双绞线、屏蔽、接地、平衡传输、滤波、隔离等使用双绞线、屏蔽、接地、平衡传输、滤波、隔离等它们可以单独使用，也可以组合使用它们可以单独使用，也可以组合使用多数情况下会多种方法组合使用多数情况下会多种方法组合使用810.2.1 串模干扰的抑制串模干扰的抑制一般通过滤波器抑制串模干扰。一般通过滤波器抑制串模干扰。RC低通滤波器低通滤波器除了除了RC滤波，还可以选用滤波，还可以选用LC网络。网络。可以考虑使用双绞线、屏蔽措施（带屏蔽的双绞线），注意屏可以考虑使用双绞线、屏蔽措施（带屏蔽的双绞线），注意屏蔽层的接地蔽层的接地对于很高频的干扰
5、，在传输线上增加一个磁珠（电路板上也可对于很高频的干扰，在传输线上增加一个磁珠（电路板上也可增加磁珠）增加磁珠）ADRRRRCCR=75C=500F910.2.2 共模干扰地抑制共模干扰地抑制使用平衡传输方式、双端差动输入放大器（例如仪表放大器），使用平衡传输方式、双端差动输入放大器（例如仪表放大器），隔离、注意接地等。隔离、注意接地等。1.变压器隔离变压器隔离2.（1）交流信号）交流信号3.（2）直流或慢速变化的信号）直流或慢速变化的信号4.进行调制进行调制变换成高频脉冲（或交流），用脉冲变压器隔变换成高频脉冲（或交流），用脉冲变压器隔离传输，在付边再变换（解调）成直流。离传输，在付边再变换
6、（解调）成直流。102.光电隔离光电隔离在前面已经讨论过光电隔离方法在前面已经讨论过光电隔离方法3.继电器隔离继电器隔离4.屏蔽方法屏蔽方法1110.2.3 长线传输的抗干扰长线传输的抗干扰1.屏蔽信号线屏蔽信号线2.一般是屏蔽双绞线一般是屏蔽双绞线3.对于抑制静电感应干扰对于抑制静电感应干扰采用金属网屏蔽线采用金属网屏蔽线4.对于抑制电磁感应干扰对于抑制电磁感应干扰采用双绞线采用双绞线5.应当注意：应当注意：6.（1）信号线屏蔽层只允许一端接地，且在信号源侧接地，）信号线屏蔽层只允许一端接地，且在信号源侧接地，当信号源是浮地时，屏蔽层直接信号源的低电位端。当信号源是浮地时，屏蔽层直接信号源的
7、低电位端。7.（2）放大器二输入端对屏蔽层的绝缘电阻尽可能对称，尽）放大器二输入端对屏蔽层的绝缘电阻尽可能对称，尽量减少线路的不平衡电阻量减少线路的不平衡电阻8.（3）如果用采样开关，则使用三线采样开关。）如果用采样开关，则使用三线采样开关。122.双绞线的不同使用方法双绞线的不同使用方法（1）传输距离小于）传输距离小于5米米（2）远距离传输）远距离传输 一般用平衡传输一般用平衡传输教材上给出的是逻辑信号的传输教材上给出的是逻辑信号的传输模拟信号的传输同样使用双绞线，信号源就不是门电路，接收模拟信号的传输同样使用双绞线，信号源就不是门电路，接收电路也就不是逻辑门，而是放大器电路也就不是逻辑门，
8、而是放大器132.双绞线与光耦的联合使用双绞线与光耦的联合使用主要是开关信号（逻辑信号）主要是开关信号（逻辑信号）教材上图教材上图7.11给出了一组方法。给出了一组方法。逻辑信号逻辑信号双绞线在信号源侧接地，信号通过限流电阻接到双绞线在信号源侧接地，信号通过限流电阻接到光耦二极管光耦二极管+，二极管二极管-接双绞线另一根线，而该线在信号源侧接双绞线另一根线，而该线在信号源侧接地。接地。开关开关开关两端接双绞线，双绞线在另一端分别到光耦的开关两端接双绞线，双绞线在另一端分别到光耦的-端端和接地，光耦的和接地，光耦的+端通过电阻接端通过电阻接+电源。电源。1410.2.4 阻抗匹配阻抗匹配负载阻抗
9、与信号源阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工负载阻抗与信号源阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。作状态。信号在传输线上传输，可能产生反射信号在传输线上传输，可能产生反射反射信号成为干扰。反射信号成为干扰。信号发射理论：当传输线的特征阻抗信号发射理论：当传输线的特征阻抗RP与负载电阻与负载电阻R相等（匹相等（匹配）时，将不产生发射。配）时，将不产生发射。特征阻抗特测量方法：特征阻抗特测量方法：R示波器观察为了避免反射造成的干扰，151.终端并联阻抗匹配终端并联阻抗匹配如果不匹配，可以通过在负载侧并联电阻如果不匹配，可以通过在负载侧并联电阻R。R并联电阻并联电阻R，会使负载电阻变小，会
10、使负载电阻变小负载变大，高电平变低。负载变大，高电平变低。高电平变低高电平变低抗干扰能力变低。抗干扰能力变低。16改进：加一个上拉电阻改进：加一个上拉电阻市市R1与与R2并联电阻并联电阻RP一般一般 取取R1=220330，R2在在270390之间选择。之间选择。R2R1Vcc172.始端串联电阻匹配始端串联电阻匹配在信号源的输出端串联一个匹配用电阻在信号源的输出端串联一个匹配用电阻RR匹配电阻匹配电阻R的选择的选择信号源输出电阻信号源输出电阻ROUT+R=RPR=RPROUT优点：不改变高电平优点：不改变高电平缺点：低电平被抬高，降低了低电平的抗干扰能力缺点：低电平被抬高，降低了低电平的抗干
11、扰能力183.终端并联隔直匹配终端并联隔直匹配在终端并联电阻法的基础上，将在终端并联电阻法的基础上，将R在经过一个电容接地。在经过一个电容接地。RC194.终端并接二极管终端并接二极管将终端并联电阻变成二极管。将终端并联电阻变成二极管。2010.2.5 电流传输电流传输将电压将电压电流传输。电流传输。静电、电磁干扰，主要对电压信号。静电、电磁干扰，主要对电压信号。电流传输不易受干扰。电流传输不易受干扰。电流：电流：010mA在接收测在接收测通过电阻将电流转换成电压。通过电阻将电流转换成电压。电阻：电阻：5001K05V如果是模拟量，一般用如果是模拟量，一般用20mA电流环。电流环。21结束结束